优化课程设计，提供创新活动载体，引导学生主动创新

（一）科技节活动与DT社团

1.围绕主题开展科技活动，让探究活动有趣有方向（激发兴趣，明确目标）

（1）市区级杯赛。教育目标：“徐教院附中—上小杯”青少年电子知识、技能创意竞赛也紧紧围绕我校的科技教育目标，以普及电子知识与技能为基础，旨在培养学生的创新精神和实践能力，拓展学生的学习领域，丰富实践活动的内容，调动学生学习电子技能的兴趣，提高广大青少年的科学素质。

探究活动类型：比赛项目力求适合不同年龄、不同能力的学生参与，具有较强的普及性；在动脑设计创意方案和动手制作上，给予学生更多创造想象的空间和可能。

2004年至今，我校作为主要承办方，前后共组织了六届市、区级电子杯赛，此外，还参与协助上海小学组织了两届电子杯赛。以下是历届杯赛的简要情况（见表4）。

表4　历届杯赛简要情况

（2）校科技节。从2008年起，我们每年在校科技节中都会开展属于学生的、适合学生的科技环保活动。以他们最乐意参与的形式（玩），进行他们最感兴趣的活动（玩魔术、玩实验、玩彩绘、玩机电、玩结构），学习有用的知识（学科学、践环保）。在玩中调节身心，在玩中亲近科学，在玩中增长智慧，在玩中培养技能，在玩中感受成长。其实这种玩就是愉快的探究，是人类的天性。

教育目标：各年级普及日常生活和科学课堂中的科学知识和环保知识，激发学生学科学、用科学的兴趣，锻炼手脑并用的能力，提升了科学素养，强化了环保理念，整合家校资源，建立学习型家庭，树立崇尚科学的社会风尚。

活动形式：动手实践、亲身探究。

在高年级，我们开展了两项活动：一是组织对科学有浓厚兴趣的学生回到家中也组建“家庭科学实验室”，用家中的常用工具作实验仪器，用生活中的常见物品作实验材料，与家长一同设计和实践一些环保小实验和理化小实验，探究生活中的科学环保知识；二是与“生活中的物理”和“生活中的化学”两门校本课程班的老师和学生联手，组织“科学魔术风云榜”，应用校本课程中学习的理化知识和环保知识，利用实验室和家中的常用仪器、材料作道具，一同设计魔术、表演魔术，为知识赋予魔术的魅力，吸引低年级的学生探究魔术背后的科学奥秘。

在低年级，我们开展了“纸质模型巧制作”“世博机器人总动员”和“科技之城服饰秀”三项活动，组织六、七年级的学生利用环保材料搭建符合特殊要求的纸质模型，比一比智慧；利用套材和自选环保材料探索组装世博机器人，比一比技术；收集环保材料制作服装和帽子，并进行彩绘装饰，展示表演，比一比创意。

以“科学魔术风云榜”为例：

“魔术”是充满魅力的艺术，充分展现表演者的想象力和创造力，激发观者强烈的好奇心去探究其中的玄机。“科学魔术”的最大特点就是摒弃传统魔术中的障眼法，纯粹以神奇的科学现象示人，要揭秘必须了解其背后的科学道理。“科学魔术风云榜”的目的就是鼓励同学中的魔术爱好者们迸发灵感和创意，用环保材料将理化知识赋予魔术的魅力，向低年级的同学展示，激发同学们学习科学知识的兴趣。

这项活动在八年级全面开展。由“生活中的物理”和“生活中的化学”两门校本课程班的同学们和老师联手，应用校本课程中学习的理化知识，利用实验室和家中的常用仪器、环保材料作道具，设计并表演科学魔术，吸引全校的同学竞猜魔术背后的科学奥秘。

八年级的同学从校本课程“生活中的物理”和“绿色城市”中习得物理和化学知识，就近取材，有模有样编排了20个魔术，包括会变色的“水”、若隐若现的文字、纸托水杯、友好的水杯、能浮起的硬币、捉迷藏的球、烧不破的手帕和魔棒点灯等。这些魔术在我校的电视台中专题播出，“D+T”俱乐部设计并印发了“魔术竞猜卡”，邀请各年级的同学共同探秘。

“科学魔术风云榜”利用常见工具和环保材料，给理化知识披上了神秘的外衣。简单的道具、丰富的知识，使大家把科学知识与魔幻艺术相结合，这项活动深受全校师生的喜爱，连老师们也加入了竞猜的行列。同学们的灵感和创意在这里迸发，科学学习的兴趣在这里高涨。

（3）其他主题活动。每学期科技教师协同科技环保社团，组织学科周，例如物理周、化学周、生命科学周等，搜罗各学科发展的最新动态。我们举办了月科普环境主题活动，例如三月的“熄灯一小时”、四月的“世界第五日”、五月的“科技发展月”和六月的“世界环境日”等。

2.围绕课程设计社团活动，让探究活动有用有成效（解决问题，体验成功）

从2002年至今，我校陆续开发了十几门科技类和环境类校本课程。选择这些课程的学生在大队部和学科辅导老师的帮助下，自发组建了科技社团，比如由“健康生活”校本课程班的学生组建的DT科技社团，以“机器人”课程班为主的乐高机器人社团等。

目标：着力于将知识和体验结合起来，在教学中以开发学生能力，树立绿色意识为目的，通过发现并提出问题、收集信息、讨论问题、动手实践等开放性的教学手段，提高学生的综合素质。

DT社团依托《健康生活》校本课程，开展了以下活动：

（1）由学习的某领域的科学知识为基础，进行相关深入研究，形成小课题。比如由“昆虫的基本特征”，延伸“观察黄粉虫的变态发育”，进而研究“黄粉虫的行为”，如趋光或避光性、食性等；由“营养物质检验的方法”，开展了“研究黄粉虫的营养价值”小课题，设想21世纪的食物新来源。

（2）由社会热点引发思考，结合现有知识，进行拓展探究。如毒奶粉、假奶粉事件，结合蛋白质的检验方法，可开展“鉴定真假奶粉”的小课题研究。

（3）从生活中发现兴趣点，指导生活。如由“BMI分析身体健康指标”结合饮食、运动、遗传等综合性知识分析影响健康的因素，并提出有针对性的意见和建议，指导健康生活。

以DT科技社团的课题“BMI健康指数统计分析”为例，看看同学们在课题研究中的所进行的探究活动。

一、提出问题

还记得刚入学时的军训，教官看到我们参差不齐的队伍，默默地摇了摇头；当时的年级组长姚卿老师看到我们左摇右晃的跑步姿势，轻轻地叹了口气。真心不是我们站得不认真，也不是我们跑得不卖力，而是我们的先天条件有点特殊，22名男同学中有13个看上去显得有些“丰满”。

但这是我们的直观感觉，这13个人是不是真的营养过剩呢？

二、研究依据

BMI指数（身体质量指数，英文为Body Mass Index，简称BMI），是用体重公斤数除以身高米数平方得出的数字，是目前国际上常用的衡量人体胖瘦程度以及是否健康的标准之一，并且是一个中立而可靠的指标。

在我们生活中，BMI是一个什么具体的形象呢？比如说我。大家在我上台的时候一定看到了我的身材是什么样的。我的身高是1.63米，体重58公斤。这样测定出来的结果就是21.8，属于正常水平。

三、研究过程

（1）数据的收集：在卫生室王医生的帮助下，全体男同学都测定了身高和体重。

（2）数据的统计处理：运用Excel表格中的公式，我们计算出了所有男同学的BMI指数，并按照大小进行排序。（列出BMI的几个基本范围：BMI＜18.5，偏轻；18.6＜BMI＜24，正常；24≤BMI＜27，超重；27≤BMI＜30，轻度肥胖；30≤BMI＜35，中度肥胖；BMI≥35，重度肥胖）

（3）整体数据的分析：运用Excel中的图表，按照划分的范围，分析男同学的各种体型，发现，偏轻的有3人，正常的有12人，偏重的有3人，肥胖的有3人，其中严重肥胖的有1人。有些人看似超重，其实还属于正常范围。所以要想得出科学的结论，必须运用科学的方法，千万不能想当然！

（4）我们猜测：导致超重甚至肥胖的原因就是那喜闻乐见的“吃得多，动得少”。

（5）个例分析。我们采用谈话法、观察法，了解超重和肥胖者的日常饮食情况和运动情况，发现冯同学属于营养过剩原因。因为妈妈是厨师，冯同学经常有很多好吃的，过多的营养摄入，超过了他所需要的，也就是营养过剩。

（6）新问题：有特例，比如徐同学，他告诉我们，他平时早饭几乎不吃，中午也吃得很少，但他的BMI为37.7，为什么他会“肥胖”呢？

（7）进一步猜测。我们跟老师探讨，会不会还有其他的原因？老师帮助我们进行了分析：除了摄入能量大于消耗能量，也就是营养过剩外，还可能属于遗传因素，即先天性的肥胖体质，也可能由于服用了激素类的药物等。要想弄明白，还得作进一步了解。

（8）我们带着问题采访了体育老师王老师和周老师，他们都认为徐同学的运动量的确不够，这应该是他肥胖的原因之一。家长会时，我们还看到了徐同学的爸爸，发现他跟徐同学的身材相似，估计也有遗传的因素。

四、研究结论

我班男同学超重和肥胖的原因基本有以下几种：一是爱吃爱喝，不爱运动；二是吃的东西不对，垃圾食品过多，汉堡包是最爱；三是遗传因素。

五、我们的建议

首先，少食多餐，尽量吃一些绿色食品。虽然这对有些同学来说不算高论，但是可以按照自己的喜好改变方式。水煮菠菜其实也很好吃，可以尝试慢节奏进食，这也对身体有好处。抵制甜食的诱惑，如甜味饮料、饼干、冰淇淋、糖果等。少吃或尽量不吃薯片、麦当劳等。

其次，做一些合适的运动。一说到运动，大家想到的第一点也许就是跑步。但是我们要说的是：不要跑步！（之前有同学提出一个不太可靠的猜想，就是地心引力过强导致骨骼弯曲、脂肪堆积。这的确是有可能发生的。）原本就过多的脂肪重重压在还未成形的骨骼上，后果可想而知，严重者甚至会导致骨架变形。肥胖者们可以尝试游泳，利用水的浮力来适当减轻体重，同时也能够很好地锻炼。

最后，调整作息。饭后半小时不要坐在桌子前写作业。

六、后续跟踪调查

经过一年的学习生活，我们发现很多男同学的身高有了明显的增长，他们每天认真地参加一小时的运动，课间挥舞着羽毛球拍，放学后还进行“个性化锻炼”，比如打篮球、长跑等，不仅消耗了多余的能量，灵活性也有所提高。我们决定每学期对男同学进行一次测量，记录下BMI指数的变化，督促超重和偏轻的同学分析自己的原因，及时调整，保持健康。希望我们的建议能够让更多的同学培养健康的生活习惯，让我们真正成为自己健康的主人。

在这项活动中，DT社的同学们以各自班级的同学为研究对象，非常贴近生活，从质疑到猜测，再到实践、遇到新问题、解决新问题等阶段，相对完整地体验了探究学习的全过程。这种亲身经历最能够持续地激发好奇心和求知欲，持续地激发自己的创造力和创新意识。

我们学校的其他科技教师也是这么做的，比如乐高机器人社团辅导老师朱超云老师、静模社的马艺林老师等。社团的辅导教师们允许学生在探索的过程中感受挫折，经历失败。因为只有这样，他们才有可能感受科学探索的困难和挫折，感悟科学精神和科学家的信念，自觉培育自己的科学素养，这也是我们科学教师的教育理想。

（二）乐高机器人社团(www.chuimin.cn)

上海市青少年科技创新大赛是一项具有20多年历史的综合性科技竞赛，是一项面向全市在校中小学生开展的大规模、高层次青少年科技教育活动。参赛可以培养青少年的创新精神和实践能力，提高青少年的科技素质。

我校“乐高机器人社团”汇聚了学校一批热爱乐高、热爱创新的好少年，他们希望通过参加这样一项市级大赛来展示他们的学习成果和创新能力。这次社团的三位成员鲁越、陈俣昊和李逸凡共同组成一个创作团队，他们设计、研究干电池自动测电、分拣机器人项目。最终他们在教师的指导下，通过不懈的努力，荣获第二十八届上海市青少年科技创新大赛工程类初中组一等奖。他们在获得佳绩的同时，更获得了创新、实践能力提高了科学素养。

三位社团成员的成绩并不是一朝一夕取得的，项目开发过程中迸发出的创作灵感与平时的训练分不开。乐高机器人社团的训练主要包括两方面：一是模型制作，二是程序设计。模型制作训练分为三个阶段：第一阶段是作品模仿，让学生熟悉乐高零件及其作用，学会熟练搭建模型；第二阶段是改进训练，指导教师只给出一个模型的框架或部分功能，让学生自己设计传动结构和其他功能；第三阶段，创新训练，教师只给出一张生活中的图片（不是搭建图），学生通过想象来创作模型。第二、第三阶段的锻炼能激发学生的想象力，并暴露出在模仿阶段容易忽略的问题。程序设计训练主要以两种形式出现：一种是以任务驱动，通过完成一个个有趣的任务，来提高学生的编程水平；另一种以小课题的形式，为了完成课题任务，学生既要搭建模型，又要有程序设计来配合模型完成课题，这更考验学生的想象力和合作力。

机器人项目的创作开发历时三个月。在2012年的暑假前，指导教师就要求三位成员各自拿出一个项目方案，写一段设计的初衷。9月份，指导教师与队员共同探讨三个项目的可行性，最终选定干电池自动测电、分拣机器人作为这次参赛的项目，该项目的成员成为项目的主创人员。干电池自动测电、分拣项目涉及环保内容，符合时代需求，主题也比较新颖，满足比赛对科技创新的要求。项目成员还想到了解决测电的方法，其设计的可行性也得到了重要保障。

项目开发的中期，进入具体实施阶段。首先要确定机器人的各个子功能的作用，包括测电、推导、分拣三个部分。由于机器人的开发内容比平时训练的要复杂得多，每个部分的研究都要求大家全力合作，一一攻关。测电部分主要解决测电器的采购、改造，NXT控制器与测电器的“沟通”，以及与机器人主体部分的连接。这里最难的是怎么让机器人知道测电器测电的结果。主创队员在书本上、网络上查找资料，并与指导教师沟通。功夫不负有心人，在大家的共同努力下，项目团队顺利制作出了测电装置。在对电池推导部件的制作过程中，难点是如何顶住电池进行准确测电，但又不能顶过头，而且5号、7号电池长短不同，造成推送距离不同。经过多次商讨，大家一致认为顶住电池一定要用到涡杆，但涡杆带动的力量非常大，多推送一点会破坏结构，少推送一点就测不准电，较难把握。5号、7号电池长短问题上，大家也有不同意见，有队员提出通过机器人判断电池的长短来控制推进距离，但经讨论认为：第一，传感器不容易探测；第二，如果制作出来，也会使机器人结构变得很复杂。该方案被否决掉。还有一位队员提出使用离合齿轮，按短的7号电池测出的距离来推送，如果是5号电池，则让离合齿轮打滑，既能测电又不破坏结构，而且只要把24齿换成离合齿轮，不改其他结构，就很容易实现。后来大家采纳了这个方案，并顺利解决了上面的问题。在使用离合齿轮的方案中还出现了一段小插曲，有位队员提出，问题虽然得到了解决，但离合齿轮并没有起到作用。离合齿轮的结构分成内圈和外圈，如果齿轮遇到大的阻力时，内圈和外圈之间会打滑，从而起到保护马达的作用。提出意见的队员发现，与离合齿轮连接的另两个齿轮都只与离合齿轮的外圈接合，内圈并没有起作用，所以认为离合齿轮没有起到打滑作用。但其他同学都不信，认为推送装置顶住5号电池时已经打滑，说明离合齿轮已经起作用了。大家争论得很厉害，最后让指导教师评判。有趣的是，指导教师也认为离合齿轮起到了作用。但那位提出不同意见的队员坚持己见，据理力争，后来经过反复观察，发现打滑作用并不是靠离合齿轮内圈和内圈之间打滑实现的，而是离合齿轮的齿间比24齿齿轮的齿间大，在转动受阻时，与其他齿轮打滑。

整个机器人的制作过程就是在大家商讨、争论、实践和测试中逐渐完善，并最终完成的。项目推进的过程不断激发同学们的创作灵感，大家在面对各种问题、错误时，没有妥协和气馁，反而是越挫越勇，最终站上了最高领奖台，实现了自己的梦想。

（三）静模社

随着课改的深入，教学的核心理念是改变学生的学习方式，即：要逐步形成学生自主学习、主动探究、合作交流的学习氛围；要在教学中，让学生快乐地学习，特别是探究性课程，让学生从体验探究活动中快乐地学习。创意制作就是让学生能够在快乐中学习和锻炼自己的动手创造以及创意思维能力的一门课程。在此理念下，学生自主创建“静模社”。社团成立的初衷是：掌握科学探究方法的步骤，知道科技创新的一些方法，会使用简单的工具，培养创新能力；能够自己动手制作一些小发明小制作，通过创意制作，感受创新地快乐；在实践中体验创新的思维，锻炼动手能力，培养自我更新知识与技能的能力，培养自己实事求是的科学态度。

以下是静模社同学设计“一体小吃罐”的报告。

一、方案介绍

（一）方案提出的背景

一个星期天，我和父母去南京路玩，想吃零食充饥时，却没地方随手丢剥下来的垃圾，由此想到制作一个垃圾储存——一体小吃罐。

（二）问题所在

图1　普通的罐子

（1）随地丢——不文明。

（2）放在口袋里，弄脏了衣服——清洗不便。

（3）带一个塑料袋，把瓜壳丢里面，但一只手拿着罐子，一只手吃——没有多余的手拿塑料袋。

（三）知识背景

一个普通的食品罐，除了盛放零食外，没有其他功能。如何在低成本的情况下，让它多出一个垃圾存放功能呢？我的设计就能使你方便，能随时随地想吃就吃，无所顾虑。

（四）方案设计的意义

方便游客，可以储存吃剩的垃圾。如果广泛使用，可以减少乱丢垃圾的行为。

（五）方案的可实践性

解决了吃剩的瓜果壳没地方扔的尴尬问题；实用、轻巧、便于携带、成本低。

（六）研究方法

以实验与观察为主。

二、实施步骤

（一）小吃罐的最初构想

起初，我决定在罐身上加一个可插装的镂空的圆柱体，上面再加上特质的罐盖，可以自由翻折（见图2），但其倾倒不便、成本昂贵。

图2　最初构想

（二）小吃罐的改进

经过改进组合，我又制作了新的小吃罐（见图3）。

图3　新的小吃罐

这里我使其变成了双层，用于存放垃圾果壳。

我用塑料做了成品，把垃圾桶和瓶盖结合在了一起（见图4）。

图4　成品

至于封口的物品，我选择黏纸（瓶内附带多个，可一次性使用），因为其成本低、一次性、卫生（见图5）。丢完垃圾，黏纸一贴，方便快捷，回家后可进行清理。

图5　封口

瓜子、花生、话梅等可以储存在罐子中。外出时，可携带。

三、使用效果

此罐主要是针对在外出游玩时，吃剩的瓜果壳没地方扔的尴尬问题，方便了游客，可以储存吃剩的垃圾。如果广泛使用，可以减少乱丢垃圾的行为，保护了环境，减少了污染。

四、体会

在这次的发明创造中，我体会深刻，学会了如何去思考。一开始，我觉得发明似乎离我很遥远，可以说是遥不可及。但在参与了这次的发明创造后，我才发现，其实只要善于观察身边的生活，发明就在我们的身边。

（四）科学学科在课外活动中拓展实验空间，培养学生自主探究习惯

学生在新知识学习结束后，我们应该适当开展学生的课外探究活动，这样既可以使学生巩固所学知识，又可以使他们扩大知识面，发展他们的兴趣，培养他们独立学科学、用科学的能力，养成自主探究习惯。因此，在课外实践活动中，我们可以通过拓展实验空间，举行科学小制作比赛，指导学生进行有创意的小发明创造、撰写科技小论文等。

例如：在学习了PH值后，鼓励学生测试我们校水景广场水质的现状进行研究；在学习了观察蜗牛后，学生将蜗牛带回家观察，并提出研究的课题；在了解了一些珍稀动植物后，鼓励学生分组收集濒临灭绝生物的图片资料，并制作成网站进行宣传；在学习了保护水资源后，组织学生调查研究水质污染的原因、危害和防治并制作成报告进行交流；在学习了热的传递后，研究动物是怎样保暖的。

这些活动能培养学生收集信息、处理信息的能力，发展兴趣特长，提高学生的想象力，让学生学会对同一问题进行全方位、广角度、多途径的分析思考。这不仅撞击了学生的创造灵感，也发展了学生的求异思维和创新能力。